Kategorie: Werkstoffe und Materialien

Spannende Beiträge, informative Fachartikel und die neusten Entwicklungen aus dem Themengebiet Werkstoffe und Materialien.

Stärker als Gorilla-Glas

  Von ,

Mit Yttriumdioxid beschichtetes Zirkondioxid. Durch die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der beiden Materialien entsteht beim Erkalten in der Beschichtung eine hohe Druckspannung, durch die die Oberfläche des Bauteils zusammengepresst wird: Die Bildung von Rissen wird so effektiv behindert. Das Bauteil wird so stabiler und seine Oberfläche beständiger gegen Zerkratzen.
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Hiltrud Moitroux

Sie sind härter als konventionelles Glas und außerordentlich beständig gegen Hitze und korrosive chemische Substanzen: transparente Keramiken gelten daher als vielversprechende Alternative zu glasbasierten Werkstoffen. Wie alle Keramiken sind sie jedoch sehr anfällig für Brüche. Jülicher Wissenschaftler forschen deshalb an einem innovativen Beschichtungsverfahren, das gezielt die mechanischen und optischen Eigenschaften transparenter Keramiken verbessern kann. Damit gelang es ihnen den Bruchwiderstand der Keramiken zu verdoppeln.

Durch ihre besondere Stabilität können transparente Keramiken in Bereichen genutzt werden, in denen herkömmliches Glas an seine Grenzen stößt, etwa in der Industrie als kratz- und hitzebeständige Sichtfenster in Hochtemperaturöfen. Da sie zudem für kurz- und langwellige Strahlung durchlässig sind, eignen sie sich gut für Linsen in der Ultraviolett-Lithografie oder Sensoren für Infrarot-Bildgebung. Sie sind außerdem interessant für Kameras und Smartphones – als Material für optische Linsen. Durch ihren hohen Brechungsindex sind sie in der Lage, das Licht stärker zu bündeln. Solche Linsen können dadurch dünner ausgeführt werden, wodurch sich Kamerakomponenten leichter miniaturisieren ließen. Weiterlesen

Digitaler Zwilling für Werkstoffe

  Von , ,

© Fraunhofer IWM
Mit dem Datenraumkonzept Werkstoffinformationen jeglicher Art in digitale Netze integrieren – eine wichtige Basis für die Produktion im Rahmen der Industrie 4.0.

Sollen Produktionssysteme digital vernetzt und im laufenden Betrieb werkstoffgerecht verbessert werden, müssen dafür auch die Veränderungen der Werkstoffe gemessen, analysiert und abgebildet werden – im sogenannten »digitalen Materialzwilling«. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher haben mit einem Werkstoffdatenraum die Grundlage hierfür geschaffen.

Rollt ein fertiges Bauteil vom Band, ist eine Frage von großem Interesse: Hat das Bauteil die gewünschten Eigenschaften? Denn oftmals reichen bereits kleinste Schwankungen in der Produktion, um Materialeigenschaften zu verändern und damit die Bauteilfunktionalität in Frage zu stellen. Um dies zu vermeiden, werden begleitend zur Produktion immer wieder Proben entnommen und aufs Genaueste untersucht. Ein solches Probenbauteil muss für Versuche in kleine Einzelteile zerlegt und vermessen werden – das benötigt viel Zeit. »Die Geschichte einer Probe verzweigt sich also in viele kleine Äste mit jeweils spezifischen Messergebnissen«, erläutert Dr. Christoph Schweizer, Leiter des Geschäftsfelds Werkstoffbewertung, Lebensdauerkonzepte am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg. »Expertinnen und Experten haben diese Zusammenhänge im Kopf, allerdings gab es bisher keine Möglichkeit, die resultierende, in unterschiedlichen Formaten vorliegende Datenvielfalt zusammenhängend digital abzubilden.« Weiterlesen

Keramiken aus dem „Sand“ des roten Planeten

  Von , ,

Vasen, Ringe und Tabletten aus Marskeramik in unterschiedlichen Brennstadien
© TU Berlin/David Karl

Wissenschaftler des Fachgebiets Keramische Werkstoffe an der TU Berlin haben in Kooperation mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erstmals komplexe Bauteile aus simuliertem Marsboden gefertigt und die theoretische Möglichkeit gezeigt, stabile Gefäße wie Vasen nur mit Ressourcen des roten Planeten zu fertigen. Mit ihrem Ansatz möchten die Wissenschaftler einen Beitrag für die Forschungen zur Langzeiterkundung des roten Planeten leisten.

Die Ziele sind ambitioniert: In den 2030er-Jahren plant die US-amerikanische Raumfahrtbehörde NASA mit ihren internationalen Partnerinnen und Partnern den ersten bemannten Flug zum Planeten Mars – eine Reise in die Tiefen des Weltalls, die von Forscherinnen und Forschern weltweit begleitet wird. Ein Team der TU Berlin vom Fachgebiet Keramische Werkstoffe am Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien der Fakultät III Prozesswissenschaften befasst sich ebenfalls mit Experimenten, die eine mögliche Reise zum roten Planeten in den Fokus stellen. Weiterlesen

Wie beim Regenwurm: Neues atmendes Material schmiert sich bei Bedarf selbst

  Von , ,

Quelle: Iris Maurer

Regenwürmer sind immer sauber, selbst wenn sie aus noch so feuchter, klebriger Erde kommen. Das haben sie einer Schmutz abweisenden, gleitfördernden Schmierschicht zu verdanken, die sich auf ihrer Haut immer wieder selbst bildet. Forscher vom INM haben dieses System aus der Natur nun künstlich nachgebaut: Sie entwickelten ein Material mit einer Oberflächenstruktur, die sich selbst und immer dann mit Schmiermittel versorgt, wenn Druck ausgeübt wird. Da das so geschmierte Material reibungsmindernd ist und auch das Aufwachsen von Mikroben verhindert, können sich die Wissenschaftler zahlreiche Anwendungen in der Industrie und Biomedizin vorstellen. Weiterlesen

Polyurethan-Schäume zuverlässig simulieren

  Von , ,

© Fraunhofer ITWM

Autositze, Matratzen und Dämmstoffe bestehen oftmals aus Polyurethan-Schäumen. Der Aufschäumprozess der flüssigen Polymer-Emulsionen ist komplex. Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher können das Aufschäumverhalten nun simulieren und das Material verlässlich charakterisieren. Dies funktioniert auch mit Verbundwerkstoffen, bei denen die Kunststoff-Schäume mit Textilstrukturen kombiniert werden.

Polyurethan-Schäume oder kurz PU-Schäume spielen eine große Rolle in unserem Alltag – auch wenn wir uns dessen nicht bewusst sind. Doch wir sitzen und liegen täglich darauf: So bestehen Autositze und Matratzen beispielsweise aus weichen PU-Schäumen. Harte PU-Schäume setzt man dagegen unter anderem für Dämmstoffe in Gebäuden ein. Die Eigenschaften von Schäumen vorherzusagen und sie zu charakterisieren ist sehr komplex – experimentelle Untersuchungen führen vielfach zu falschen Parametern. Weiterlesen

Schutzschichten für keramische Faserverbundwerkstoffe

  Von , , ,

Abbildung 1: Bruchfläche eines CMC; Fasern wurden aus dem Gefüge herausgezogen und ermöglichen damit schadenstolerantes Verhalte

Keramische Faserverbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe aus keramischen Fasern umgeben von einer keramischen Matrix werden in der Fachwelt als CMC (Ceramic Matrix Composites) bezeichnet und sind eine sehr junge Werkstoffklasse. Im Vergleich zu metallischen oder polymeren Verbundwerkstoffen, dienen die Fasern in CMC nicht der Erhöhung der Festigkeit oder Steifigkeit, sondern ermöglichen durch den Faser-Pull-Out (Verbrauch von Energie beim Risswachstum) ein quasiduktiles oder auch schadenstolerantes Verhalten (Abbildung 1). Defekte, welche in dichten Hochleistungskeramiken zum katastrophalen Versagen führen würden, werden durch CMC ohne weiteres ertragen und ermöglichen den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen. Weiterlesen

Forscher entwickeln festes Material mit beweglichen Partikeln, die auf äußere Einflüsse reagieren

  Von , ,

In den meisten Materialien bewegt sich wenig. Aber in einem neuen „aktiven Nanokomposit“ wimmelt es gewaltig: Kleine Partikel verbinden sich oder trennen sich und ändern damit die Farbe des ganzen Materials. Es stammt von Forschern des Leibniz – Institut für Neue Materialien in Saarbrücken, die Materialien so mehr Dynamik verleihen wollen. Dank der beweglichen Komponenten kann das transparente Material auf Temperaturveränderungen und zukünftig auch auf andere äußere Einflüsse, wie chemische Substanzen und Gifte, durch einen Farbwechsel „antworten“. Deshalb arbeiten die Forscher in absehbarer Zeit zum Beispiel daran, Folienverpackungen zu entwickeln, die ihre Farbe verändern, wenn Lebensmittel verdorben sind.

Bewegliche Partikel in eingeschlossenen Flüssigkeitströpfchen ändern die Farbe fester Materialien: Bei höherer Temperatur (links) bewegen sie sich einzeln in den Tropfen und geben dem festen Material eine rubinrote Farbe; bei niedriger Temperatur (rechts) ballen sich zusammen und verändern die Farbe zu Grau-Violett. Quelle: INM

Weiterlesen

Neuer Hybridwerkstoff aus Holz und Metall für den Leichtbau

  Von ,

© Fraunhofer WKI Aus ökologischer Sicht eignen sich Holzschäume sehr gut für eine Vielzahl von Einsatzbereichen.

Holzschaum und Metallschwamm – passt das zusammen? Dieser Frage gingen Expertinnen und Experten vom Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut, WKI im Projekt »HoMe-Schaum« – das Kürzel steht für Holz-Metall-Schaum – gemeinsam mit den Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU und des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM nach. Das Ergebnis: Die gegensätzlichen Werkstoffe harmonieren perfekt. Der neuartige Materialmix zeichnet sich durch seine sehr guten dämmenden Eigenschaften und eine niedrige Biegefestigkeit aus. Weiterlesen

Untersuchungen zum Einfluss der spanenden Bearbeitung und des Schwefelgehalts auf die Schwingfestigkeit des Vergütungsstahls 42CrMo4+QT

  Von , , ,

Abbildung 1: Prinzipskizze Autofrettage [nach Gre06] und Einlippentiefbohren

42CrMo4+QT gilt als einer der gebräuchlichsten Vergütungsstähle in der Automobil- und Zuliefererindustrie und ist weit verbreitet in industriellen Anwendungen. Anwendungsgebiete sind u.a. Komponenten des Antriebstrangs, wie Pleuel, Kurbelwellen oder Common-Rails für Einspritzsysteme. Da diese Komponenten großen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind, spielt ihre Schwingfestigkeit eine entscheidende Rolle. Um stetig steigende Anforderungen an diese Bauteile zu erfüllen, kann neben der Verwendung höherfester Werkstoffe auch die Anpassung der Produktionsprozesse zu einer Steigerung der Schwingfestigkeit beitragen. Weiterlesen

Härten auf Knopfdruck: Kohlenstoff-Faser-Verbundwerkstoffe und Unterwasser-Kleber

  Von , ,

Das neuartige Material kann sogar unter Wasser ausgehärtet werden. Foto: TU Wien

An der TU Wien wurde eine Spezialformel für ein Epoxidharz entwickelt. Es kann für faserverstärkte Komposite im Flugzeug-, Auto- oder Schiffsbau eingesetzt werden, oder ist sogar für Unterwassersanierungen geeignet.

Innerhalb von Sekunden kann sich das neue Material völlig verändern: Am Anfang ist es transparent, es kann flüssig oder pastos sein. Bestrahlt man es an irgendeinem Punkt mit dem passenden Licht, beginnt sich das gesamte Spezialharz zu verfestigen und nimmt dabei eine dunkle Farbe an. Die spezielle Epoxidharz-Formel, die das möglich macht, wurde von der TU Wien patentiert. Nun gelang es, diesen Prozess sogar unter Wasser ablaufen zu lassen. Damit kann das neue Epoxidharz für Aufgaben verwendet werden, die bisher nur sehr schwer zu lösen waren – etwa um unter Wasser Risse in Brückenpfeilern oder Dämmen zu verkitten, oder um im laufenden Betrieb Rohre zu reparieren. Weiterlesen